¿Dónde se encuentra actualmente el tripropelente Litio-Flúor-Hidrógeno?

Del mismo libro "Ignition"

«Ocurrió en su instalación de Shreveport, Luisiana, mientras se preparaban para enviar, por primera vez, un cilindro de acero de una tonelada de CTF (trifluoruro de cloro). El cilindro se había enfriado con hielo seco para facilitar la carga del material y, al parecer, el frío había debilitado el acero. Porque mientras estaban maniobrando el cilindro en una plataforma rodante, se partió y descargó una tonelada de trifluoruro de cloro en el suelo. Masticó su camino a través de doce pulgadas de concreto y cavó un hoyo de tres pies en la grava debajo, llenó el lugar con vapores que corroyeron todo a la vista y, en general, hizo un gran desastre. Defensa Civil apareció y comenzó a evacuar el vecindario y, por decirlo suavemente, hubo bastante alboroto antes de que las cosas se calmaran. Milagrosamente, nadie murió, pero hubo una víctima: el hombre que había estado estabilizando el cilindro cuando se partió. Lo encontraron a unos quinientos pies de distancia, donde había alcanzado Mach 2 y todavía estaba acelerando cuando lo detuvo un ataque al corazón.»

Debes imaginar cómo quedará la plataforma de lanzamiento después del lanzamiento ya que F2 + H2 → HF = Fluoruro de hidrógeno, es decir, ácido fluorhídrico. Es altamente corrosivo y lo disuelve casi todo, incluso el vidrio (ver "Breaking Bad").

Ahora imagina un cohete que contiene 1000 toneladas de flúor estrellándose en Florida. Después de ese evento, incluso el uranio enriquecido se verá como un combustible ecológico.

El flúor es tóxico a partir de 0,1 partes de flúor por millón de partes de aire (ppm).

El motor propulsor de iones de xenón tiene un impulso específico aún mayor: unos 3000 segundos.

El impulso específico es importante, pero también hay otros aspectos a considerar, como:

• empuje (si el motor se utiliza a nivel del suelo)
• Coste del combustible
• coste de I+D del motor
• costo de manejar el combustible en la tierra
• impacto medioambiental

El flúor fue una gran parte de la I+D en los años 60. Estudios RD-301, RD-350 y RRC Se canceló por razones obvias.

La química de impulso específico más alta jamás probada en un motor de cohete fue litio y flúor, con hidrógeno agregado para mejorar la termodinámica del escape (lo que lo convierte en un tripropelente) [ARBIT, HA, CLAPP, SD, DICKERSON, RA, NAGAI, CK, Combustión características de la combinación tripropelente flúor-litio/hidrógeno. INSTITUTO AMERICANO DE AERONÁUTICA Y ASTRONÁUTICA, CONFERENCIA DE ESPECIALISTAS CONJUNTOS DE PROPULSIÓN, 4ª, CLEVELAND, OHIO, 10-14 de junio de 1968. ] . La combinación entregó 542 segundos (5,32 kN·s/kg, 5320 m/s) de impulso específico en el vacío. La impracticabilidad de esta química destaca por qué los propulsores exóticos no se usan en realidad: para hacer que los tres componentes sean líquidos, el hidrógeno debe mantenerse por debajo de -252 °C (solo 21 K) y el litio debe mantenerse por encima de 180 °C (453 K) . Tanto el litio como el flúor son extremadamente corrosivos, el litio se enciende al entrar en contacto con el aire, el flúor se enciende al entrar en contacto con la mayoría de los combustibles y el hidrógeno, aunque no es hipergólico, es un peligro de explosión. El flúor y el fluoruro de hidrógeno (HF) en el escape son muy tóxicos, lo que daña el medio ambiente, dificulta el trabajo en la plataforma de lanzamiento y dificulta mucho más la obtención de una licencia de lanzamiento.

Entonces, por el momento, ignorando los problemas de daño ecológico a gran escala que representaría una gran cantidad de flúor/ácido fluorhídrico incluso en el caso de un lanzamiento exitoso (y mucho menos una explosión en la plataforma de lanzamiento), la otra dificultad es de ingeniería.

Como se menciona en Ignition! y en la respuesta de ilyakharlamov, debe mantener tres sustancias muy diferentes en forma líquida. Uno a -252 °C, uno a 180 °C y otro a -219 °C.

Este no es un desafío de ingeniería imposible. Sin embargo, se necesita una mayor cantidad de aislamiento, además de algún tipo de calentamiento eléctrico para mantener el litio líquido in situ (al menos en la plataforma y en el aire como máximo). El diseño de cohetes sufre (o se beneficia, dependiendo de con quién hables) de una ley de cubo cuadrado. La masa del tanque de propulsor, incluido el aislamiento, aumenta con el cuadrado de la escala del cohete, mientras que el volumen del propulsor aumenta con el cubo. Entonces, para diseños de cohetes complicados que involucran tres tanques con mucho aislamiento, solo los diseños más grandes de cohetes de Li/H/F se vuelven más eficientes en comparación con los cohetes de hidrolox/kerolox.

Cuando no se ignora la naturaleza ecocida de un cohete de este tipo, solo tener uno realmente grande que sea factible crea... problemas.

Además, esto es ignorar la pesadilla de ingeniería de diseñar un motor de cohete líquido que pueda manejar los tres propulsores e inyectarlos en la misma cámara y no fallar por completo cuando el litio se solidifica en las tuberías. Lograr que los motores bipropulsores funcionaran bien tomó una buena parte del siglo XX (diría que fueron el aspecto limitante del progreso en la cohetería), por lo que no puedo imaginar las dificultades involucradas con los cohetes tripropulsores, incluso si los propulsores mismos eran relativamente benignos. .